压电陶瓷片耦合振动模态的ANSYS模拟分析(3)

454 传 感 技 术 学 报 2003年

压电耦合矩阵。

下面,我们将利用ANSYS工具对一块压电陶瓷片在短路状态(谐振状态)和开路状态(反谐振状态)下压电陶瓷片的耦合模态自然频率状态进行模拟分析。

312 模型的建立和网络划分

¹ 定义单元类型和材料属性:

/PREP7SMART,OFF

ET,1,SOLID5,0 !定义三维固体耦合场单元/com

!材料一般属性定义!压电陶瓷密度!Z轴向的介电常数!铜的弹性模量!铜的泊松比!铜密度

!压电材料参数定义

MP,DENS,3,7600MP,PERZ,3,51841E-9MP,EX,2,1018E10MP,NUXY,2,.35MP,DENS,2,8920TB,PIEZ,3TBDATA,16,1015TBDATA,14,1015TBDATA,3,-411TBDATA,6,-411TBDATA,9,1411TB,ANEL,3

TBDATA,1,1312E10,711E10,713E10TBDATA,7,1312E10,713E10TBDATA,12,1115E10

参数

3 实例分析

311 问题描述和分析

我们所分析的压电陶瓷片是由铜片层和锆钛酸铅压电陶瓷层(PZT)材料两部分组成,压电陶瓷在表

面上附着电极,在厚度方向极化,在压电陶瓷表面形成等势面。边界条件沿圆周边界固定。如图1所示

:

MP,PERX,3,71124e-9!X和Y轴向的介电常数

图1 压电陶瓷片的简化模型

D12mm R=1911mm D2=016mm r=1911mm1=1

材料参数

材料

弹性模量PGPa

铜

压电陶瓷(PZT-4)

106.82

比重Pkg#m-2

89207600

泊松比0.35

TBDATA,16,310E10TBDATA,19,216E10TBDATA,21,216E10

º 模型的建立和网络划分

由于压电陶瓷片的模型在三维上为柱对称的,因此为了简化计算,将压电陶瓷片简化为两个相互联结圆心角为45b的楔形断面(陶瓷、铜片两层)计算,并假定无内部能量耗损,这样可以增加节点和节省内存,缩短计算时间。压电陶瓷片的有限元计算用六面体,八个结点,每个结点具有六个自由度,采用人工划分生成模式。如图2所示:

压电陶瓷材料的刚度矩阵[c]@10N/m:

131971437178000015157143000

000

000

1319000

0002121560021560

00

0012170

-102

00

2

压电矩阵[e]C/m:

001217

-5121511-5120

00009

介电矩阵[E]@10F/m:

图2 模型的建立和网格划分

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